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C語(yǔ)言關(guān)鍵字RESTRICT介紹
學(xué)習(xí)C語(yǔ)言也有好長(zhǎng)時(shí)間了，相信大家在學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的過(guò)程中也都有所收獲，不過(guò)，也應(yīng)該遇到了許多問(wèn)題。今天小編在這里就幫同學(xué)們介紹一下怎么了解restrict這個(gè)詞。
C語(yǔ)言關(guān)鍵字RESTRICT介紹
要理解 restrict，先要知道什么是 Pointer aliasing。
Pointer aliasing 是指兩個(gè)或以上的指針指向同一數(shù)據(jù)，例如
int i = 0;
int *a = &i;
int *b = &i;
這樣會(huì)有什么問(wèn)題呢?
如果編譯器采用最安全的假設(shè)，即不理會(huì)兩個(gè)指針會(huì)否指向同一數(shù)據(jù)，那么通過(guò)指針讀寫(xiě)數(shù)據(jù)是很直觀的。
然而，這種假設(shè)會(huì)令編譯器無(wú)法優(yōu)化，例如：
int foo(int *a, int *b)
{
*a = 5;
*b = 6;
return *a + *b; // 不一定是 11!
}
如果 a 和 b 都指向同一數(shù)據(jù)，*b = 6 會(huì)導(dǎo)致 *a = 6，返回12。所以編譯器在做 *a + *b 的時(shí)候，需要重新讀取 *a 指向的數(shù)據(jù)：
foo:
movl $5, (%rdi) # 存儲(chǔ) 5 至 *a
movl $6, (%rsi) # 存儲(chǔ) 6 至 *b
movl (%rdi), %eax # 重新讀取 *a (因?yàn)橛锌赡鼙簧弦恍兄噶钤斐筛淖?
addl $6, %eax # 加上 6
ret
如果我們確保兩個(gè)指針不指向同一數(shù)據(jù)，就可以用 restrict 修飾指針類(lèi)型：
int rfoo(int *restrict a, int *restrict b)
{
*a = 5;
*b = 6;
return *a + *b;
}
編譯器就可以根據(jù)這個(gè)信息，做出優(yōu)化：
rfoo:
movl $11, %eax # 在編譯期已計(jì)算出 11
movl $5, (%rdi) # 存儲(chǔ) 5 至 *a
movl $6, (%rsi) # 存儲(chǔ) 6 至 *b
ret
但如果用了 restrict 去修飾兩個(gè)指針，而它們?cè)谧饔糜騼?nèi)又指向同一地址，那么是未定義行為。
總括而言，restrict 是為了告訴編譯器額外信息(兩個(gè)指針不指向同一數(shù)據(jù))，從而生成更優(yōu)化的機(jī)器碼。注意，編譯器是無(wú)法自行在編譯期檢測(cè)兩個(gè)指針是否 alias。如使用 restrict，程序員也要遵守契約才能得出正確的代碼(指針不能指向相同數(shù)據(jù))。
以個(gè)人經(jīng)驗(yàn)而言，編寫(xiě)代碼時(shí)通常會(huì)忽略 pointer aliasing 的問(wèn)題。更常見(jiàn)是在性能剖測(cè)時(shí)，通過(guò)反編譯看到很多冗余的讀取指令，才會(huì)想到加入 restrict 關(guān)鍵字來(lái)提升性能。
RESTRICT簡(jiǎn)介
restrict是c99標(biāo)準(zhǔn)引入的，它只可以用于限定和約束指針，并表明指針是訪問(wèn)一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象的唯一且初始的方式。即它告訴編譯器，所有修改該指針?biāo)赶騼?nèi)存中內(nèi)容的操作都必須通過(guò)該指針來(lái)修改，而不能通過(guò)其它途徑(其它變量或指針)來(lái)修改；這樣做的好處是，能幫助編譯器進(jìn)行更好的優(yōu)化代碼，生成更有效率的匯編代碼。如 int *restrict ptr, ptr 指向的內(nèi)存單元只能被 ptr 訪問(wèn)到，任何同樣指向這個(gè)內(nèi)存單元的其他指針都是未定義的，直白點(diǎn)就是無(wú)效指針。restrict 的出現(xiàn)是因?yàn)?C 語(yǔ)言本身固有的缺陷，C 程序員應(yīng)當(dāng)主動(dòng)地規(guī)避這個(gè)缺陷，而編譯器也會(huì)很配合地優(yōu)化你的代碼。
RESTRICT應(yīng)用
C庫(kù)中有兩個(gè)函數(shù)可以從一個(gè)位置把字節(jié)復(fù)制到另一個(gè)位置。在C99標(biāo)準(zhǔn)下，它們的原型如下：
void * memcpy（void * restrict s1, const void * restrict s2,size_tn);
void * memmove(void * s1, const void * s2,size_tn);
這兩個(gè)函數(shù)均從s2指向的位置復(fù)制n字節(jié)數(shù)據(jù)到s1指向的位置，且均返回s1的值。兩者之間的差別由關(guān)鍵字restrict造成，即memcpy()可以假定兩個(gè)內(nèi)存區(qū)域沒(méi)有重疊。memmove()函數(shù)則不做這個(gè)假定，因此，復(fù)制過(guò)程類(lèi)似于首先將所有字節(jié)復(fù)制到一個(gè)臨時(shí)緩沖區(qū)，然后再?gòu)?fù)制到最終目的地。如果兩個(gè)區(qū)域存在重疊時(shí)使用memcpy()會(huì)怎樣？其行為是不可預(yù)知的，既可以正常工作，也可能失敗。在不應(yīng)該使用memcpy()時(shí)，編譯器不會(huì)禁止使用memcpy()。因此，使用memcpy()時(shí)，您必須確保沒(méi)有重疊區(qū)域。這是程序員的任務(wù)的一部分。
關(guān)鍵字restrict有兩個(gè)讀者。一個(gè)是編譯器，它告訴編譯器可以自由地做一些有關(guān)優(yōu)化的假定。另一個(gè)讀者是用戶(hù)，他告訴用戶(hù)僅使用滿(mǎn)足restrict要求的參數(shù)。一般，編譯器無(wú)法檢查您是否遵循了這一限制，如果您蔑視它也就是在讓自己冒險(xiǎn)。
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